只要将地球那么坏的同一团和在太空会发生什么?

发布日期:2018-06-06 来源:财富国际在线 阅读:

只要将地球那么坏的同一团和在太空会发生什么?

昙花再现 5小时前 92 地球质量 大气层 超临界流体
我们来假设一下: 1.这个水球的体积和地球一样 2.是纯水,不存在任何杂质。 3.水球在太阳系内,只有一个水球,一个太阳,其他什么也没有。 4.在初始时刻,该水球在地球的轨道上绕太阳运转。 大概就是这样,谢谢!
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其他回答

这个问题,@曾加 等几位答主已经有了很好的答案,我就来开个脑洞,换个角度调侃一下吧。既然是调侃和脑洞,加上答主学识浅薄,其中知识性的错误和逻辑漏洞在所难免,请各位“当事人”一笑了之。gxw财富国际


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2018年2月27日,铸造工程师 @BI3OJW 铸造了世界上第一台穿越接收机,十二年后,2030年,他又铸造成功穿越发射机,随即成立了BI3OJW时空穿越有限公司,开始拍卖时空穿越票,起拍价一百万比特币。gxw财富国际

【BI3OJW认为:穿越需要接收机,我们之所以还没有观察到从未来穿越回来的人,是因为我们还没有发明穿越接收机。BI3OJW:现在没有发现从未来穿越回来的人,是否可以证明穿越到过去的时光机器还未被人类发明人类就已经灭亡?】gxw财富国际


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那时答主( @昙花再现 )已然成为亿万富翁,并幸运地抢到了第一张时空穿越票,穿越到了BI3OJW系统能够实现的最早时间,也就是今天,来向大家讲述即将发生的、答主与一群百晓知道天文学家的悲喜故事。gxw财富国际


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题主假想的这颗完全由水构成的行星是真实存在的,不过,与题主的想法略有偏差,首先,它不是体积与地球相同,而是质量与地球相同;其次,它的水也不是绝对的纯,而是混有氨等少量杂质。在宇宙中,形成纯水的行星不太可能,而水H2O、氨NH3、甲烷CH4基本上在同一条件下形成,它们常常会混在一起,在寒冷的星球上冻结成坚硬的固体,天文学家把它们统称为“冰”,太阳系中的天王星、海王星就是主要由“冰”构成的,只不过天王星、海王星和太阳系其它行星一样还有由铁、镍和岩石构成的内核,而题主的这颗星球则从外到内全是“冰”。gxw财富国际


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21世纪20年代是天文学的黄金年代,因为观测技术和设备的重大突破,人类对宇宙的探索取得了长足的进步,其中就包括下面将要介绍的。gxw财富国际


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2024年2月,春节刚过,中国天文学家 @刘博洋 宣布,在类太阳恒星——ABC星的宜居带内,发现一颗类地行星,其质量与地球几乎相同。这颗行星后来被命名为刘博洋星gxw财富国际

【管理部门担心答主泄露天机,或者篡改历史,所以在答主穿越前删除了答主大脑中存储的部分关键信息,比如ABC星的真实编号——这颗恒星在2018年之前就已经被发现,如果被答主泄露出来,历史将被篡改。】gxw财富国际


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经过半年的持续观测,刘博洋在2024年8月宣布:刘博洋星有浓密大气层,其中含有近65%的氮气和约35%的氧气(与地球历史上含氧量最高的时代相近),这颗星球上有很大概率具有生命。gxw财富国际

【刘博洋认为:如果我们发现一颗有大量氧气的行星,那么这颗行星就极有可能存在生命。 刘博洋:人类能探测到其他星球的生命吗?】gxw财富国际


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又过了半年,2025年2月,刘博洋正式发表文章,宣称经过持续观测和研究,排除了其它各种可能性,确认刘博洋星上存在生命。gxw财富国际

刘博洋在文中写道:gxw财富国际

氢占了全宇宙的3/4,剩下1/4又绝大多数是惰性的氦,所以当宇宙中的其它原子例如碳、氮、氧经化学反应形成分子的时候,最大概率是和氢反应,形成甲烷、氨和水。基本上,一颗行星形成后,其原料中的氧绝大部分都会被消耗在形成水上面,即使剩余一点,也会很快被其它还原性元素(大部分化学元素在氧面前都呈还原性)所消耗,所以,宇宙中的行星,正常情况下是不应该有游离的氧气的。即使某个行星在其形成史中经历特殊的原因,在大气中产生了氧气,在这种特殊原因消失后,氧气也会很快通过氧化其它元素消耗殆尽。
化学是复杂的,也许在很高或很低的温度下,有更多的分解氧化物得到氧气的机制,但据我所知,在与地球表面相近的温度范围内,自然界能够持续不断地产生大量氧气的机制只有两种:
1、光合作用(例如地球);
2、光解作用,即水在阳光作用下分解为氧和氢(例如木卫二)。


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参考资料:宇宙元素丰度】gxw财富国际

刘博洋随后又写道:gxw财富国际

木卫二质量太小,引力不足以将任何气体长时间留住,其大气层显然是其表面大量的水冰近期蒸发的水蒸气光解的产物。光解产生的氢气和未光解的水蒸气会迅速逃逸,而相对较重的氧气则可以停留得更久一些,因此木卫二大气几乎全是氧气,但木卫二距离太阳太远,蒸发和光解都极其缓慢,逃逸又在持续进行,因此大气层极度稀薄,仅有10^-12巴。
像刘博洋星这样大的行星大气不可能如此稀薄,它的引力足以将任何分子量大于25的气体长期保留在大气层中,诸如氮气和氧气。根据刘博洋星的质量、温度及大气成分推断,其大气压可能与地球相似。
如果刘博洋星的氧气也是由光解产生的,那么要维持0.35个大气压分压的氧气,光解作用必须进行得非常迅速,否则氧气将因为氧化作用而在500万年内被消耗殆尽。
光解水在形成氧气的同时也会形成氢气,而氢气会立即上升到大气层顶,类地行星的引力不足以约束氢气,氢气会迅速逃离星球,因此光解是个单纯消耗水而非循环利用的过程。在刘博洋星上,如果要依靠光解来维持如此巨量氧气的存在,那么即使这个星球大部分质量都是由水构成,这些水也会在数千万年之内消耗殆尽。
ABC星是一颗与太阳十分相似的恒星,年龄在45亿年~50亿年之间,如果我们相信目前的行星形成理论,那么刘博洋星也应当有45亿年以上的历史。如果刘博洋星上发生着快速的光解作用,即使它的初始质量比土星还要大,它也不可能持续到现在。而质量达到土星那么大的行星,其形成过程中不可能不吸积氢和氦,成为一颗气态巨行星,但刘博洋星大气中仅有少量的氢,几乎没有氦,因此其初始质量不可能比土星还要大。

接下来,刘博洋列出一大堆答主看不懂的数学公式,计算了如果刘博洋星的氧气来自光解,其上的水最多能够维持多长时间。紧接着,刘博洋又写道:gxw财富国际

因此刘博洋星氧气的光解来源说不成立,除非它曾经在远离母星的地方,只是最近发生轨道迁移才来到现在的位置。
为了了解刘博洋星是否发生过轨道迁移,我们对ABC星进行了连续的观测,结果是ABC星附近10000天文单位内除刘博洋星之外,没有第二个比月球更大的天体【观测精度如此之高,是因为他用的是2024年的技术,答主注】;ABC星是单星,在5光年范围内没有伴星围绕。
结论是没有其它恒星和行星能对刘博洋星造成引力摄动,使它轨道变化。它从45亿年前诞生以来就在现在位置。

随后是一大堆观测数据,答主看不懂也记不住所以就不列了。gxw财富国际

最后,刘博洋写道:gxw财富国际

相反,如果假定刘博洋星上面正在发生植物的光合作用,那么这一切就有了合乎逻辑的解释。
光合作用消耗二氧化碳产生氧气和有机物,然后氧又通过燃烧有机物或呼吸作用重新回到二氧化碳中去,这是一个循环利用的过程;或者氧气被岩石中的铁等金属消耗掉,这个过程中虽然不能被循环利用,但十分缓慢,并且,行星上的火山活动会持续地供应二氧化碳,成为新的光合作用原料。最直接的例证就是地球:由于光合作用的产物不会逃离地球,铁对氧气的消耗又十分缓慢,因此地球上的富氧大气可以长期持续。
……
……
综上所述,我认为刘博洋星是有生命存在的,并且正在进行光合作用。


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文章发表后,刘博洋星立即成了全球天文学研究的热门,无数的望远镜和其它仪器都对准了它。在一年多的时间里,多个团队的观测研究结果相继证实了刘博洋的发现。gxw财富国际

但是,就在刘博洋论文发表半年后,一台最新的超级行星摄谱仪投入了运行,它能以极高的灵敏度对系外行星的光谱进行分析。gxw财富国际

【目前天文学家对行星大气的分析,用的是恒星摄谱仪,当行星凌恒星的时候,将凌星时的恒星光谱与恒星之前的光谱相减,就得到行星光谱。但这台新仪器则可以直接观察到行星光谱,大大提高了观测灵敏度】gxw财富国际

超级行星摄谱仪立即发现了两个疑点:gxw财富国际

1、刘博洋星大气中的氢含量和水蒸气含量比地球高了不少;gxw财富国际

2、刘博洋星的温度明显比地球要高出许多。gxw财富国际

对此,刘博洋是如此解释的:gxw财富国际

关于第一点,正如地球上也会发生少量的光解作用一样,刘博洋星的氧气虽然主要由光合作用产生,但它仍然会有少量的光解作用。如果假定刘博洋星的海洋面积比地球更大,加上温度比地球略高,因此大气中水蒸气含量更高,光解作用也会比地球上进行得更快一些,氢气的含量也因此会更高一些。
关于第二点,刘博洋星的大气层可能比地球更浓密,云层也更厚,我们无法观测到刘博洋星的固态或液态表面的反光,我们看到的只是它的高层大气,而高层大气,例如地球的电离层,温度是比较高的,这可以解释我们观测到的反常高温。

这两条解释看起来没有太大毛病,加上反驳者无法回答这个关键问题:如果氧气是光解作用产生的,那么在几十亿年时间里,刘博洋星的水为什么没有消耗完呢?于是,渐渐地,质疑声消失了,刘博洋的发现被公认。gxw财富国际


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刘博洋获2026年诺贝尔物理学奖。gxw财富国际

因为刘博洋是发现外星生命的第一人,他被舆论誉为“外星生命之父”。gxw财富国际

【外星人:滚!我没有这样的爹!】gxw财富国际


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===========故事转折的分割线===========gxw财富国际


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就在刘博洋获奖的那个月,一位中国的美女天文学家、行星科学专家 @haibaraemily 加盟了拥有那台超级行星摄谱仪的机构,她开始用这台仪器研究刘博洋星。gxw财富国际

不久之后,haibaraemily就发现一件非常非常奇怪的事:尽管这台仪器能探测到行星大气中10ppm的成分,可是她无论怎么找,都找不到刘博洋星上的氩的谱线。gxw财富国际

这意味着,刘博洋星没有氩气!gxw财富国际


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对此,haibaraemily曾经在一个科普节目中这样解释:gxw财富国际

地球大气78%是氮气,21%是氧气,剩下的1%中,其中0.94%是氩气,包括二氧化碳在内的其余所有成分加起来才0.06%(以上数据均不包括水蒸气,因为水蒸气在大气中含量变动极大)。
虽然在惰性气体中,氦和氖在宇宙中含量比氩分别高了三个和一个数量级,类木行星中这两种气体也很丰富,在地球上它们却非常稀有,因为氦的分子量只有4,氖也只有20,对于地球这种质量的行星来说太小了,地球引力不足以留住它们,而氩的分子量高达40,于是“山中无氦氖,氩气称大王”。
有人可能要问,那么二氧化碳呢?CO2的分子量高达44,在金星上也大量存在,地球上CO2为什么这么少呢?这是因为,1、地球上有水,水能溶解CO2形成碳酸,然后再与金属离子(主要是钙离子)结合形成碳酸盐,沉淀到岩石中去了;2、地球上有植物,植物通过光合作用把大气中剩余的CO2几乎全部转换成氧气了。
还有人要问:水蒸气的分子量才18,比氖还低,即使地球上通过光解作用分解水蒸气的过程十分缓慢,水蒸气也应该可以直接逃逸啊,为什么地球上的水没有全部散失到太空中呢?这主要是因为水在地球这个大气压下,沸点高于地球表面温度,因此地球上的水大部分以液体存在,少量蒸发出来的水蒸气,在对流层上部的低温中也会再次凝结成液态水,变成雨降回地面。

【昙花再现:土卫六的甲烷是怎么形成的?】gxw财富国际


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没有氩气??!!!gxw财富国际

haibaraemily十分震惊。gxw财富国际

她把自己关在房间里冥思苦想:gxw财富国际

究竟是什么样一种机制能让一颗类地行星在能保留大量氮气(分子量28)的情况下却丧失了氩气呢?她在日记中写道:gxw财富国际

除非——形成这颗行星的原料中,本来就缺少氩!

可是ABC星明明是一颗类太阳恒星,其金属量甚至比太阳还略高一点,氩的含量也比太阳更高一些!gxw财富国际

这真的不科学啊???!!!!!gxw财富国际

接下来,haibaraemily继续设想:gxw财富国际

既然没有氩,那么是不是连硅、硫、钙等等这些与氩接近的元素都没有呢?很可能。并且,既然连氩、硅都没有,更重的例如铁这样的元素就更不可能有了。
一个没有硅和铁的行星?那么就不会有硅酸盐岩石,也没有铁质内核——一颗几乎全部由“冰”组成的行星!

haibaraemily心想,这虽然看起来十分的不可能,但不能完全排除!gxw财富国际

不过,这要怎么去验证呢?gxw财富国际

【硅和钙本身不是气体,也几乎不会形成气体的化合物,通过分析大气成分无法了解这些元素在行星上的含量;硫虽然可以形成二氧化硫,但因为化学活性太强,在一个有水的星球上,它会很快与其它物质反应生成硫酸盐或亚硫酸盐,因此在含水行星大气中也是几乎探测不到的。】gxw财富国际


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次日,另一位天文学家, @凌晨晓骥 来访,haibaraemily把自己的困惑提出来与之讨论。gxw财富国际

“一颗不含硅酸盐和铁的行星,密度估计只有地球的百分之二十,如果我们能测得这颗行星的精确体积,就能验证你的想法。”凌晨晓骥如是说。gxw财富国际

“精确测量体积?这……难道不是天方夜谭?”haibaraemily质疑道。gxw财富国际

“哈哈哈哈!”凌晨晓骥笑道:“你知道我这几年在做什么吗?”gxw财富国际

“2017年,我在百晓知道上和一位专门搞精密仪器的、名叫昙花再现的人讨论过望远镜的分辨率问题,后来我们就开始了合作,我负责搞经费,由昙花再现的公司负责研制具有极高分辨率的超级干涉望远镜,经过几年的努力,就在前几天,已经投入使用了。”gxw财富国际

于是两位天文学家一起来到了凌晨晓骥的办公室。gxw财富国际

“你的望远镜呢?”haibaraemily问。gxw财富国际

“诺,在那呢!”凌晨晓骥指了指天空。gxw财富国际

原来这台超级干涉望远镜在太空中,是由相距数万公里的几十片镜片构成,其分辨率足以看清火星表面的一粒花生米。gxw财富国际

【工程量如此巨大,相信各位读者现在明白了,答主为何能成为亿万富翁。】gxw财富国际

【百晓知道用户:在专业天文领域,你认为目前的天文望远镜主要的不足是什么? 答主和凌晨晓骥的讨论在评论里。】gxw财富国际


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两人来到控制室,让超级干涉望远镜对准刘博洋星。gxw财富国际

通过这台望远镜,他们直接看到了刘博洋星的盘面。gxw财富国际

最终测得刘博洋星的直径为21500±500公里,约为地球1.69倍,体积约为地球4.8倍。鉴于该星球质量与地球相等,因此它的密度只有地球21%。gxw财富国际

他们还同时发现,刘博洋星的天空中几乎没有云。gxw财富国际

这个结果初步证实了haibaraemily的设想:刘博洋星非常可能是一颗不含重元素的纯冰行星!gxw财富国际

不,鉴于这颗行星的温度,我们不妨称其为水行星,这颗行星的表面及其以下相当的深度内都是液态水。gxw财富国际

现在,许多让人困惑的疑点,有了最新解释:gxw财富国际

——刘博洋星只有水,没有岩石,因而大气中也没有尘埃。
——没有尘埃,也就没有凝结核,这意味着水一旦蒸发成水蒸气,就难以再凝结成水,通过降雨落下去。这也就解释了刘博洋星明显比地球高的水蒸气浓度。
——水蒸气是非常强的温室气体,这将导致该行星上强烈的温室效应,这可以解释刘博洋星尽管离ABC星比地球离太阳还要略远一点,却为何比地球温度更高。
——因为水蒸气不会凝结,它又足够轻,可以上升到大气层顶部,在这里,遭遇强烈的恒星风和紫外线,将导致非常强的光解。这可以解释行星上大量的氧气和比地球明显更高的氢气的来源。


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两位天文学家本打算立即发表这一结果,但转念一想,刘博洋一定会质问他们这两个问题:gxw财富国际

1、在ABC星旁边的这颗行星,为何成分与ABC星相差如此巨大?gxw财富国际

2、在几十亿年的时间里,行星上的水为何没有通过光解消耗完?gxw财富国际


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于是他们决定先不发表论文,他们需要寻找更多证据。gxw财富国际


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话说在中国国家天文台,有一位长期研究星云的天文学家,名叫 @狐狸先生 ,数年前,他曾经研究过一个有趣的星云:DEF星云,又称狐狸星云(不是早就发现的狐狸皮星云)。gxw财富国际


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狐狸星云之所以有趣,就在于它的成分。和其它所有星云一样,它也是几乎全部由氢和氦组成,不同之处在于,这个星云的其它元素:它含有氖及其以前的各种元素,而比氖更重的元素几乎一点都没有。gxw财富国际

狐狸先生认为:gxw财富国际

狐狸星云中的金属【天文学上把所有比氦重的元素都称为金属。】来源于上一代恒星的核合成。由于一种后来被学术界命名为“狐狸先生过程”的机制【这机制答主看不懂所以不详细介绍了】,在这个星云中从来没有诞生过较大的恒星,基本上都是红矮星或橙矮星,因其质量较小,核反应最多只能进行到氖的合成,因此这个星云没有比氖更重的元素。

后来,狐狸先生又发现了一个星流,其成员星元素含量与狐狸星云成分完全一致,计算其轨迹,很显然这些恒星都来自一个形成于狐狸星云的疏散星团,因此将其命名为狐狸星流。gxw财富国际


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这一天,狐狸先生在看一篇文章,其中介绍了一颗新发现的红矮星GHI星。gxw财富国际

狐狸先生发现,GHI星的元素构成,与狐狸星流的恒星完全一致。元素构成比例是恒星的家族名片,这颗GHI星显然应该属于狐狸星流。gxw财富国际

但是让狐狸先生惊讶的是,GHI星的运动方向和速度,与狐狸星流相去甚远。gxw财富国际

这不太对劲呀!gxw财富国际


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狐狸先生一边思考着这颗奇怪的GHI星,一边赶去参加一个学术会议。gxw财富国际

会议间隙,狐狸先生见到了老相识haibaraemily和凌晨晓骥,他们向德高望重的狐狸先生汇报了关于刘博洋星的最新研究成果。gxw财富国际

“没有氩的行星?”gxw财富国际

“几乎完全由水构成的行星?”gxw财富国际

狐狸先生联想到了狐狸星流和奇怪的GHI星。gxw财富国际

三人一起来到电脑旁,开始用软件模拟。gxw财富国际

代入ABC星、狐狸星流、GHI星的运动参数,他们惊奇地发现,在大约50万年前,三者交汇于一点。gxw财富国际

为了慎重起见,三人立即赶回驻地,分别调出观测资料,对这些天体的运动参数进行更仔细的核算。狐狸先生还特意向GHI星的发现者索取了原始数据。gxw财富国际


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经仔细核算,真相终于大白:红矮星GHI星本来与狐狸星流运动方向一致,50万年前,它以不到2个天文单位的距离与ABC星擦肩而过,随即转了个大弯,折向了另一个方向。gxw财富国际

同一时间,另一项观测结果也出来了:凌晨晓骥利用超级干涉望远镜观测了ABC星上黑子的运动,发现ABC星的自转方向与刘博洋星的公转方向夹角达到98°。gxw财富国际

所有这一切证据,都指向一个结论:刘博洋星原来是GHI星系统的行星,50万年前,GHI星经过ABC星附近时,它被ABC星俘获了。gxw财富国际


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“刘博洋星上的氮气,显然是氨光解产生的,那么甲烷呢?既然有水和氨,那么同为‘冰’的成分甲烷,在刘博洋星上也应该存在啊?”狐狸先生有点困惑。gxw财富国际

haibaraemily,这位行星科学专家给出的解释是:gxw财富国际

让我们看看土卫六吧,土卫六大气中有大量的甲烷,其固体表面也有液态的甲烷湖,而其固态表面则很可能是水冰和固态氨组成的。
质量这么小的土卫六之所以还能保留分子量仅仅16的甲烷,是因为土卫六的温度在甲烷的沸点附近,虽然有部分甲烷会成为气体进入大气,但在大气高层则会像地球上的水那样,通过凝结降雨的形式再次回到星球表面,而不至于全部散失。
反观木卫二和木卫三,它们的温度比土卫六更高,甲烷即使在其大气上层也不能凝结,因此它们的表面有水冰,有氨,却没有甲烷,大气层也没有甲烷。
如果刘博洋星在GHI星旁边的形成环境,温度与木卫二和木卫三的形成环境相似,而远高于土卫六形成的温度,那么它上面的水与氨可以凝结成固体得以保留,但甲烷只能是气体,而刘博洋星的质量,显然不能留住分子量只有16的甲烷气体。
如果刘博洋星的形成温度更高一些,高于氨的沸点,因为氨溶于水,所以氨仍能保留一些,但甲烷不溶于水,它无法保留下来。
即使刘博洋星因为某种原因仍有少量甲烷,它也会在富氧大气中燃烧殆尽,形成二氧化碳,而二氧化碳又会溶解到水中,并与星球上微量的锂、铍等金属离子(锂和铍在宇宙中本来就比碳、氮、氧少很多个数量级)生成难溶的碳酸盐,沉淀到星球核心去了。

“那么为什么刘博洋星的氮气比氧气含量更高呢?这是不是说明它主要是由氨组成的?”凌晨晓骥问。gxw财富国际

haibaraemily说:gxw财富国际

从对刘博洋星表面的研究结果来看,它应该是以水为主要组成成分的,仅含少量的氨。至于大气中的氮气含量比氧气含量高,应该主要是因为氨比水更容易分解,因此氮气的生成率更高。另外,因为氧太活泼,它会氧化行星上的其它元素(锂铍硼……)而被消耗。


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“现在,虽然我们已经证明了刘博洋星的氧气主要是靠水的光解产生,但最重要的一个问题是,我们依然无法证明刘博洋所说的生命是否存在。”基于对刘博洋获炸药奖的羡慕嫉妒恨,打脸刘博洋成了haibaraemily(以及所有百晓知道天文学)家最感兴趣的事。gxw财富国际

“在我们对生命存在的可能形式了解非常有限(我们只研究过地球)的情况下,我们用任何手段都无法证伪刘博洋星存在生命。但,我们可以证明刘博洋星不存在与地球相同的这种形式的生命,也就是说,只要证明刘博洋所说的光合作用不存在就可以了。”狐狸先生说。gxw财富国际

“刘博洋星的温度那么高,可以认为不适合生命存在吗?……不行,地球上也有在100℃以上生存的生物”凌晨晓骥自言自语。gxw财富国际

“没有钠、镁、磷、硫、钙、铁……这些生命必须元素呢?……似乎也不行。”haibaraemily小声嘟囔。gxw财富国际

“有了!”狐狸先生一拍脑袋,“把你的摄谱仪和他的望远镜结合起来!”gxw财富国际

“那又有什么用呢?”凌晨晓骥不解。gxw财富国际

“那样我们就可以直接观察刘博洋星上有没有叶绿素的光谱!”gxw财富国际

“哈哈哈哈哈哈!”——想到刘博洋的脸即将被打得“啪啪啪”的,三人万分激动。gxw财富国际

于是,超级行星摄谱仪与超级干涉望远镜的合并工作启动。当然,这项浩大工程也让昙花再现(即答主)又大赚了一笔。gxw财富国际


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2027年10月,三人的论文发表,立即轰动了世界。“外星生命之父”刘博洋名誉扫地。gxw财富国际

2028年,狐狸先生、haibaraemily、凌晨晓骥分享了诺贝尔物理学奖。gxw财富国际


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2029年,昙花再现独自建成了“特超干涉望远镜”,将数万个镜片安装于柯伊伯带,其等效口径相当于100天文单位。gxw财富国际

这一年的最后一天,昙花再现拍下了刘博洋星的最新高清照片。gxw财富国际

照片上,赫然有一艘航空母舰。gxw财富国际


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【全文完】gxw财富国际

昙花再现 4小时前 0条评论
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实名反对 @airbunny的答案。
这个答案在物理上存在诸多疑点,
对这样不严谨的答案在短时间内获得1000赞,我表示十分遗憾。

以下是对这个答案(2014.8.25版本)的质疑:

疑点一:
在这种状况下,水的物理形态会发生变化,熔点会因为高压变得非常高,从而使水在那种环境下凝固成冰。
没有计算数据支持的揣测都是耍流氓……根据本人反复计算,对于地球大小的大水球,其中心压力大约在5.7GPa,根据水的三相图(参见Triple point)在这个压力下,是很可能无法形成固态水的,根据水温度的不同,它可能形成 超临界流体,也可能只是普通的液态水,这个有待进一步的计算。

疑点二:
这层流体的密度会随着深度的增加线性上升,而达到相当大的程度。
相信答主对超临界流体了解得不多,其实我也了解得不多。但是对于不会的东西,需要查资料来证明。参见超臨界流體,在维基百科上,清楚地写着,对于超临界流体,它的密度大约在 0.1~1 克每立方厘米,其密度并非高于普通状态的水。其密度绝对不可能达到“相当大的程度”。

疑点三:
在这层超临界流体之上,会是一层大约20公里深的水。
请求数据来源。

疑点四:
如果这团水处于离恒星很近的地方,因为恒星的加温,水球表面的温度会很高,因此会维持液态。这样的话就与没有陆地的地球无异。一部分水会蒸发,形成含有水蒸气的大气层。
地球的大气层的存在并非完全因为水,而是因为其他元素尤其是行星形成初期的尘埃。个人倾向于水蒸发后无法形成大气层而是会消失在星际空间中(参见下文)。

疑点五:
如果时间足够长的话,表面的水会慢慢光致分解,变成氢和氧进入大气层。
请原谅我的化学水平太低,实在想不明白这个"光致分解“的反应是如何发生的。关于所谓的光致分解,我查到的资料是这个:光致分解,这个和水并无关系。我百度了很多内容,没有发现水也能光致分解的。我猜测答主的含义特指太阳的紫外线光解吧,但这个反应也不是随随便便发生的,需要一定的条件。

疑点六:
由于氢很容易被太阳风带走,时间久了,这个水球的大气层里就会富含水蒸气和氧。会有正常的风、大气环流、洋流和云雨。如果他的位置处于恒星的宜居区,甚至会有孕育生命的环境。
风、大气环流、洋流和云雨是如何形成的?我实在是难以理解。很多东西只有地球上才有,形成条件是非常苛刻的。如果能那么轻易地形成这些,我们大概已经找到好多好多适宜居住的星球了吧?孕育生命就更不可信了,连碳元素和硅元素都没有,连有机物都不会存在,又何来生命?

疑点七:
但如果他距离恒星太近,表面的水会进入沸腾的状态。于是你看到的这团水球的表面就会是一团开水。沸腾的水形成水蒸气的大气层,并迅速被太阳风带走。由于表面的高温,外层的液态水也会变成超临界流体。
之前已经给出了超临界流体的定义,星球表面的水,无论从温度还是压力上都不存在形成超临界流体的条件。

………………
可能还有一些疑点,就不一一列举了。
………………

对于水球这样一个理想模型,其物理机制可能非常复杂,要完全解释清楚是相当困难的事情,我并不认为现在能有很多人能解释清楚。

不过,既然已经说了那么多了,我也尝试着给出自己的模型,
肯定是不够专业的,也许会有很多疏漏甚至是错误之处,还请大家多多指教。

————————
模型的初始条件假设(尽可能严谨):
1、在太阳系中,对于外力,仅考虑太阳对其的作用力,其他所有天体一概忽略;
2、在地球的轨道上,即距离太阳 1 天文单位;在这个轨道上,要保证绕太阳匀速圆周运动,其公转速度必须和地球一致,即公转周期大约是 365.2422 太阳日;
3、星球的构成是纯,它的形状是绝对球形,半径和地球一样为6371 km;
4、星球初始密度为均匀分布,所有位置均为 1 (自然,这个状态并不能稳定存在);
5、这个星球有一定速度的自转以保证稳定性。
—————————

一、这是一颗怎样的星球?

容易地,我们可以计算出它的质量:

对于球体内部距离中心为r的一个小质量体m,其受力大小为:

于是在该点的重力加速度为:

故其中心的压力为


这个压力大约是一个标准大气压的 56000倍。

(注:如果是质量和地球一样,半经将会是地球的1.77倍,中心压力大约是17.7GPa)

在这样的压力下,将以什么形式存在?
参见下图(水的三相图,来自Triple point)
我们只知道水的压强,暂时不知道水的温度,所以我用红圈圈出它可能的形态,根据水初始的温度它可能形成的状态有:冰七(0~约225℃)、液态水(约225℃~373.9℃)或 超临界流体(>373.9℃)。

(注:如果是质量和地球一样,中心压力大约是17.7GPa,中心状态可能是冰七和超临界流体,但不会是液态水,但在星球的其它位置,依然可能有液态水,其实差别不是太大)

根据维基百科提供的资料,冰七的密度大约是1.65,普通水由于液体的难以压缩性,其密度大约在 1,而超临界流体的密度大约在 0.1~1。

由此可见,虽然均匀分布的球是不稳定的,但是整个球可能的相态也就只有 超临界流体、冰七液态水和水蒸气(在星球表面)四种。其中冰七可能不存在,而前三者的密度在 0.1~1.65的范围内,比较有可能的情况是由于超临界流体的存在(冰七即使存在,其范围也十分有限),这个球会略微膨胀一些

二、大气层是否可以形成?

如果没有大气层的约束,那么在星球表面的压力就极小,几乎为零,从水的三相图中可以看到,若如此,对于任何大于-50℃的环境,都将以水蒸气的状态存在。于是,在太阳风的作用下,星球可能会逐步蒸发。

问题在于,大气层是否存在?

这个问题很难回答,但个人倾向于大气层不能稳定存在。

参考地球上大气的形成:原始大气圈 。地球的大气经历了 原始大气、次生大气和现代大气三个阶段。在原始大气阶段,大气层的物质主要是氢和氦,但由于地球引力不够和太阳风的影响,这一层大气很快就消失掉了。这个阶段和我们要讨论的球是类似的。而次生大气是由地球内部火山喷发后形成的水汽、二氧化碳、氮、甲烷和氨等生成,我们显然不具备这个条件。

类似地,金星大气层可以参见 金星大氣層,在大气的形成过程中“包含水蒸气等较轻气体则持续被太阳风经由诱发磁尾吹出金星大气层”。以及火星的大气层:火星大氣層,其中只含有微量的水蒸气。

金星、地球和火星的外部条件和我们要讨论的球是相近的,但是三者大气的形成过程中水蒸气都占了很小一部分,并且除了地球外,另外两颗星球的大气主要成分是,而这其中的碳元素的来源主要是行星内部。

一个不严谨的推测是:水分子由于分子量太小,它的蒸汽状态无法单独在大气层中稳定存在,在太阳风的作用下,它极有可能被吹散在太空之中。

(另:类似于地球的行星,之所以能抵御太阳风,很大程度是因为地磁场的存在,而磁场的存在主要是因为地球中心有铁元素,依靠自转来形成,但是大水球不具备这样的条件,它怎么转都没有磁场,所以可能完全无法抵御太阳风。)

如果没有稳定的大气层,球会何去何从?

三、冰火两重天

幸好,我们有现成的例子,那就是月球。月球是什么状态?没有大气。

失去了大气层的屏障,月球的表面温度简直可以用“冰火两重天”来形容。向阳面,在太阳的照射下,最高温度能达到127℃,而在背阳面,由于失去了保温作用,它的温度可以低至-183℃。

如果一个球拥有这样的环境,它会怎么样呢?
我想可能是这样的(大小比例不一定恰当):

在太阳光的照射下,向阳的星球表面会迅速形成水蒸气,而背阳面因为温度过低而形成冰层,而其内部分别是液态水以及超临界流体(或冰七,根据它的温度)。

显然地,在向阳面,水蒸气会迅速蒸发,因为无法形成大气层,加上太阳风的作用,所以它很快会在太空中。
而在背阳面,形成的冰是否就可靠呢?当然不是!行星总是有自转的,虽然在太阳的潮汐力的影响下,自转速度可能会减慢,但毕竟距离太阳太远,自转速度无法减到零(地球就是一个很好的例子),因此正如昼夜交替一样,背阳面很快就会变成向阳面,它所形成的冰也会迅速融化(甚至是升华),而转到背面去的水蒸气,还没来得及蒸发,又在低温下结成了冰。

四、我的心,被你一层层地剥开,一边剥一边哭,最后终于随风飘走,什么也没有留下

一边自转,一边蒸发,在不断地凝固、融化、升华和凝华下,大球的半径越来越小,内部的结构(液态水和超临界流体或冰七)也逐渐地变得越来越小。

只有,没有其它物质,没有东西能阻止这个过程的进行。这个大球,终于不复存在。

也许你暂时能看到它留下的痕迹:有一滩薄薄地水,均匀分布在它原来的轨道上。

但是,不比小行星带,它那柔弱的外表,是禁不起风吹日晒的。

一阵太阳风吹来,它终于被吹走了。吹到了更远的地方。

这个曾经晶莹剔透、秀色可餐的大水球,就这样消失在了茫茫星海中。

什么也没有留下。

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注:本文已经收录至我的专栏
假如把地球那么大的水球置于太空中 - 翱翔在茫茫宇宙中 - 百晓知道专栏
如需深度讨论,最好移步该处吧。

谢谢大家指教。
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